安徽南陵姚家?guī)X礦床地球化學(xué)特征

趙守恒

（銅陵有色集團股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

姚家?guī)X礦床的普查、詳查和勘探所采用的礦體圈連方案一直存在比較大的爭議，所圈定的礦體和所估算的資源量都難以令人信服。2018年-2020年，在-450m和-600m中段開展了坑探驗證，證明前期勘查報告對礦區(qū)地層，礦區(qū)構(gòu)造，巖漿巖期次和控礦因素等重大地質(zhì)問題仍缺乏正確的認(rèn)識?？犹津炞C顯示，目前礦床的普查、詳查和勘探所采用的礦體圈連方案地質(zhì)依據(jù)不充分，已圈定上部鋅礦體和所估算資源儲量與目前坑探驗證結(jié)果有很大差別，極大地增加開發(fā)成本和投資風(fēng)險。

1 地質(zhì)概況及研究背景

姚家?guī)X礦床位于銅陵礦集區(qū)的最東部，戴公山背斜的北西翼，北臨繁昌火山坳陷帶，東連宣南坳陷區(qū)。礦區(qū)地表未有礦體出露，鉆孔揭露礦體主要產(chǎn)于姚家?guī)X石英二長巖及與巖體相接觸的二疊系棲霞組碳酸鹽巖、頂部硅質(zhì)巖及石炭系中上統(tǒng)黃龍和船山組中。在姚家?guī)X礦區(qū)，地表出露的地層主要是志留系中統(tǒng)墳頭組；志留系上統(tǒng)茅山組；泥盆系上統(tǒng)五通組；石炭系中上統(tǒng)黃龍和船山組；二疊系下統(tǒng)棲霞組、孤峰組；三疊系下統(tǒng)南陵湖組、下統(tǒng)和龍山組；白堊系下統(tǒng)蝌蚪山組等。姚家?guī)X礦床為銅陵-繁昌地區(qū)的南翼中段，相關(guān)的褶皺主要有戴公山背斜，軸向50°～60°，軸向彎成20～30°。樞紐總體較平緩，向南西傾伏，北西翼地層倒轉(zhuǎn)，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8等多條斷層，姚家?guī)X礦區(qū)內(nèi)燕山期巖漿活動較為強烈，西部出露的侵入巖為沙灘角花崗閃長巖、北東部出露青山花崗閃長斑巖以及的姚家?guī)XI期巖體，鋯石年齡140.4±1.5Ma（閆峻等，2012），在礦區(qū)深部鉆孔中可見姚家?guī)XII期巖體，鋯石年齡137.2±1.0Ma（范裕，2020）。區(qū)內(nèi)還見到數(shù)條晚期脈巖侵入，如流紋斑巖和輝綠玢巖巖脈等。

姚家?guī)X礦區(qū)內(nèi)主要的礦體有6種類型，分別為：接觸帶型礦體、層控型礦體、脈狀礦體、層間裂隙型礦體、斑巖型礦體、角礫巖型礦體。其中最主要是接觸帶型礦體，層控型礦體和脈狀礦體，次要礦體類型有層間裂隙型礦體，斑巖型礦體和角礫巖型礦體。脈狀礦體在全礦床線均有發(fā)育，接觸帶型礦體主要集中礦床中間部位，層控型礦體主要分布于礦床的兩端。接觸帶礦體主要賦存于棲霞上段燧石團塊灰?guī)r與隱伏姚家?guī)XII期巖體的內(nèi)外接觸帶，礦體總體較陡，連續(xù)性較好。層控型礦體主要賦存在石炭系中統(tǒng)黃龍組大理巖內(nèi)，賦礦圍巖為石炭系大理巖，石榴子石矽卡巖，礦體的頂板為泥盆系五通組石英砂巖，底板為棲霞組灰?guī)r，礦體主要順層產(chǎn)出，延續(xù)性較好。脈狀礦體主要賦存于姚家?guī)XI期巖體與棲霞組灰?guī)r接觸的構(gòu)造薄弱部位，，賦礦圍巖主要為棲霞灰黑色灰?guī)r和石英閃長斑巖，礦體呈陡立脈狀產(chǎn)出，受構(gòu)造裂隙控制，礦體連續(xù)性差[1]。

2 巖漿巖地球化學(xué)特征及成巖成礦年代

本次研究對姚家?guī)XⅡ期巖體進行了地球化學(xué)特征等分析測試，結(jié)合前人對姚家?guī)XⅠ期巖體的研究。在巖漿巖TAS分類圖解上，Ⅰ期巖體主要落在花崗閃長巖范圍內(nèi)，Ⅱ期巖體落在石英二長巖范圍內(nèi)，除此之外，兩期巖體均顯示了高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)～過鋁質(zhì)的地球化學(xué)特征。鋯石εHf(t)為-17.67～-8.79，Hf同位素兩階段模式年齡為1700～2300Ma，表明形成石英閃長斑巖的巖漿是古元古代地殼巖石部分熔融的產(chǎn)物。姚家?guī)XII期巖體LA-ICP MS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，其成巖年齡為137.2±1Ma，明顯晚于姚家?guī)XI期巖體的成巖年齡（141.4±1. 7Ma），與地質(zhì)穿切關(guān)系相吻合。輝鉬礦測試樣品的Re-Os同位素結(jié)果顯示輝鉬礦的Re含量值比較高，含量范圍介于753～2475ppm，普通Os含量介于0.254~1.611ppb，187Re含量介于473~1555ppm，獲得輝鉬礦單個模式年齡分別為139.1～143.3、138.9～143.8 Ma、138.7～150.9Ma，三個模式年齡在誤差范圍內(nèi)具有一致性，輝鉬礦模式年齡加權(quán)值138.5～143.7 Ma，代表該礦床的成礦時代，為早白堊世早期熱液成礦作用的產(chǎn)物。

3 流體包裹體

本次流體包裹體工作基于前文所劃分的成礦期次，對于不同成礦階段采集相應(yīng)的典型脈石礦物及部分金屬礦物。對其捕獲的多種流體包裹體進行系統(tǒng)的顯微測溫工作，探討成礦作用過程中的溫壓等條件，揭示成礦流體特征及其從高溫至低溫的整個演化軌跡，并運用同位素原理，探討該礦床成礦物質(zhì)來源問題，為探討礦床成因提供依據(jù)。巖相學(xué)特征：對姚家?guī)X礦床中矽卡巖階段采集了早矽卡巖的石榴子石、透輝石及硅灰石，晚矽卡巖選擇了綠簾石及符山石；氧化物階段采集了及白鎢礦樣品，早硫化物階段選擇了石英，而晚硫化物階段選擇了方解石、閃鋅礦及螢石。需要說明的是，符山石、綠簾石及早硫化物階段的棕黑色閃鋅礦包裹體不發(fā)育，未能找到相應(yīng)的流體包裹體，所以未開展流體包裹體測溫工作；而碳酸鹽階段方解石中的包裹體粒徑太?。s幾個微米），在冷熱臺中無法觀察包裹體的相變，因此也未開展包裹體工作，但其他成礦階段中的次生包裹體可推斷其流體的一些特點。

通過測試富氣相包裹體（V類）、富液相包裹體（L類）、含子晶多相包裹體（S1及S2類）、含水石鹽的包裹體（LC類）和均一溫度及鹽度，劃分出姚家?guī)X礦床4個成巖成礦階段。分別為：早矽卡巖階段、氧化物階段、早硫化物階段、晚硫化物階段。

在姚家?guī)X礦床中礦物的流體包裹體中，矽卡巖階段透輝石中普遍存在大量L類和S1類包裹體的空間密切共生組合，且測溫顯示43個L類包裹體均一溫度（493.6℃）與12個S1類包裹體均一溫度（487.9℃）相近，包裹體組合特點符合沸騰作用發(fā)生的條件，而外矽卡巖中的石榴子石，捕獲的富液相及富氣相包裹體空間上共存，且兩者均一溫度相接近，分別為426℃及423℃，說明矽卡巖階段發(fā)生了流體多次沸騰作用或者局部具有沸騰現(xiàn)象。此外，對于早硫化物階段，石英中31個原生L類包裹體的均一溫度為333.3℃，接近于10個含子晶原生包裹體的均一溫度（330.2℃），且它們之間空間分布上緊密共生，這些現(xiàn)象也顯示了此階段沸騰作用的發(fā)生。依據(jù)Driesner and Heinrich(2007)提出的計算捕獲壓力的方程式，對應(yīng)的流體捕獲深度約為1km，與靜巖壓力對應(yīng)深度近乎一致。流體包裹體的氣液型（富液相和富氣相）均為簡單的鹽-水體系，氣相中除H2O外，未檢測到其他氣體，結(jié)合前人測得硫化物階段螢石、石英、閃鋅礦、方解石拉曼探針分析，獲得氣相成分也只有H2O，說明簡單的鹽-水流體體系與主成礦作用密切相關(guān)[2]。

4 同位素地球化學(xué)特征

氫氧同位素：姚家?guī)X礦床矽卡巖階段硅灰石、石榴子石、符山石礦物的氧同位素值，經(jīng)過計算和比對，成礦流體來源于巖漿水，且從矽卡巖階段至硫化物階段，流體氧同位素逐漸降低，說明成礦后期明顯受大氣降水等的影響。巖漿成因石英斑晶的氫氧同位素組成投影點落在正常巖漿水區(qū)域的下方，依據(jù)矽卡巖階段流體氧同位素與巖漿水的對比，可以推測早期的成礦流體為與巖漿巖發(fā)生過一定比例水巖反應(yīng)的再平衡作用的巖漿水，隨著成礦熱液的不斷演化，后期硫化物階段的石英氫氧同位素組成逐漸發(fā)生較大的變化，對應(yīng)的流體的氫氧同位素組成向“雨水線”方向漂移，并位于巖漿水和大氣水之間，表明硫化物階段的成礦流體受到一定比例大氣降水的混合作用。

碳氧同位素：依據(jù)姚家?guī)X特征，本次采用采用方解石進行碳氧同位素的測定，計算獲得方解石對應(yīng)的成礦流體δ13Cfluid值范圍在-7.4‰~14.2‰之間，顯著低于碳儲庫，如大陸地殼δ13C值( -7‰, Faure, 1986)，但位于火成巖的碳儲庫范圍內(nèi)(?3‰至?30‰，Hoefs, 1997)。又方解石的δ18OV-SMOW值整體在9.1~12.7‰之間，與地幔氧同位素值相比明顯偏大（5.7±0.3‰，Taylor，1974），因此更可能來自于殼源。從δ18OSMOW-δ13CPDB顯示，姚家?guī)X礦床的碳大部分靠近巖漿巖來源，少量位于沉積巖混染區(qū)域，反映成礦流體中C和O同位素來自深部巖漿巖，兼有圍巖海相碳酸鹽巖的混染及低溫蝕變的影響，使得地下水?dāng)y帶CO32-和 HCO3-與含大量金屬的巖漿水發(fā)生混合作用。

硫同位素：姚家?guī)X礦床硫化物的硫同位素值變化范圍在-2.6~3.05‰之間，平均值為0.33‰，變化范圍較小，主要集中在-1.1~0.9‰之間。黃鐵礦硫同位素值變化范圍在-2.6~3.05‰之間，黃銅礦變化范圍在-1.3~1.77‰之間，閃鋅礦變化范圍在-0.2~2.73‰之間，方鉛礦變化范圍在-0.34~0.84‰之間。該礦床巖漿巖的硫同位素值變化范圍在-3.7~-0.5‰之間，而矽卡巖化斑巖的值為0.93‰，矽卡巖對應(yīng)的值為1.48~5.44‰之間，表明在矽卡巖化過程中硫同位素值是在不斷變大的，且均與礦石礦物硫同位素值相交集，具有關(guān)聯(lián)性。而圍巖灰?guī)r的硫同位素值為-26.5‰和-19.3‰，顯著低于其他同位素值，硫化物集中的硫同位素值表明硫的來源較為單一，均一化程度高。Hoefs (2009)研究認(rèn)為硫化物硫同位素值如果在?3~1‰范圍之間，則硫的來源更可能與巖漿巖相關(guān)，不少矽卡巖礦床具有類似的情況，發(fā)現(xiàn)姚家?guī)X礦床硫同位素值在礦集區(qū)范圍之內(nèi)，符合礦集區(qū)硫源的一致性。

鉛同位素：姚家?guī)X礦床巖礦石的鉛同位素分析數(shù)據(jù)，礦石中硫化物鉛同位素比值：206Pb/204Pb比值為18.459~18.535，207Pb/204Pb 比值為15.590~15.664，208Pb/204Pb 比值為38.500~38.717。巖 漿 巖 相 應(yīng) 比 值：206Pb/204Pb比 值為18.549~18.733，207Pb/204Pb 比值為15.610~15.642，208Pb/204Pb 比 值 為38.586~38.883?；?巖 相 應(yīng) 比 值：206Pb/204Pb比 值 為18.780~19.500，207Pb/204Pb 比 值 為15.597~15.650，208Pb/204Pb 比值為38.466~38.570。以上數(shù)據(jù)顯示，硫化物黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦及閃鋅礦的鉛同位素比值都非常接近，指示具有同一源區(qū)的特點。

5 結(jié)論

通過對南陵姚家?guī)X礦床地球化學(xué)特征賦礦巖石學(xué)、同位素年代學(xué)、巖石地球化學(xué)的研究，得到以下認(rèn)識：

（1）姚家?guī)X巖體LA-ICP MS鋯石U-Pb定年及輝鉬礦單個模式年齡測定結(jié)果表明， 姚家?guī)X巖體分為兩期，礦化為早白堊世早期熱液成礦作用的產(chǎn)物。

（2）流體包裹體巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示，成礦成巖階段，流體多次沸騰作用或者局部具有沸騰現(xiàn)象，流體捕獲深度約為1km，鹽-水流體體系與主成礦作用密切相關(guān)。

（3）同位素地球化學(xué)研究表明，硫化物黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦及閃鋅礦等具有同一源區(qū)的特點，與深部II期巖漿巖相關(guān)。

（4）結(jié)合區(qū)域地質(zhì)學(xué)、巖石組合、地球化學(xué)和年代學(xué)資料，認(rèn)為姚家?guī)XI期巖體侵位過程中（141.4Ma）無矽卡巖化，無礦化。II期（137.2Ma）成礦巖體侵入，巖漿房的持續(xù)結(jié)晶及出熔流體，流體在向上及周圍運移過程中，流體不斷向破裂處擴散轉(zhuǎn)移，大規(guī)模銅鋅金等金屬離子從流體絡(luò)合物載體中分離出來，與礦化劑（如S2-）相結(jié)合在成礦與灰?guī)r的接觸帶、灰?guī)r層間破碎帶以及姚家?guī)X巖體與棲霞灰?guī)r接觸的構(gòu)造薄弱帶中逐漸聚集沉淀。